СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2008, № 2, с. 20-25

УДК 636.3:636.087

СОДЕРЖИМОЕ РУБЦА ТРАВОЯДНЫХ ЖИВОТНЫХ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ПИЩЕВЫХ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ДОБАВОК АНТИОКСИДАНТНОГО ДЕЙСТВИЯ
 
Л.С. ЕРМОЛОВА, И.А. ЕРМОЛОВ, Р.И. БАТЧАЕВ, Т.Ф. ЗОЛОТУХИН,
И.В. МАКАРЕНКО, М.Э. ВЛАСОВ

Обсуждается научное обоснование использования отходов мясоперерабатывающей промышленности — содержимого рубца жвачных животных как уникального природного источника широкого спектра биологически активных веществ для производства разработанной авторами биологически активной добавки Барометс.

Ключевые слова: биотехнология, содержимое рубца, антиоксиданты, биофлавоноиды, пиридоксин, Барометс.
                         
Key words: biotechnology, rumen content, antioxidants, bioflavonoides, pyridoxine, Baromets.

Известно, что резервы адаптации организма (включая интеллектуальные возможности человека) в значительной степени определяются обеспеченностью энергией и микронутриентами. В последние годы представление о натуральных пищевых продуктах как главном источнике биологически активных веществ с широким спектром уникальных биологических свойств (антибактериальных, противовоспалительных, антиоксидантных, иммуномодулирующих, антивирусных, антиканцерогенных) существенно расширилось. Согласно современным данным, питание человека должно включать свыше 20 тыс. компонентов растительного, животного и микробного происхождения (1-4).
К сожалению, в настоящее время с обычной смешанной диетой человек не получает бÓльшую часть важнейших и незаменимых минорных нутриентов, которые не синтезируются в организме, в том числе витаминных коферментов (1). Именно из-за их дефицита нарушаются метаболические процессы, функции многих систем жизнеобеспечения, включая иммунную, и тем самым инициируется развитие инфекционных, онкологических заболеваний, сердечно-сосудистых нарушений и т.д.
Синтетические витамины (как и синтетические лекарственные средства), представляя собой чужеродные для организма вещества, нередко вызывают побочные действия (аллергические реакции, диспепсические расстройства, падение артериального давления и др.) с неблагоприятными последствиями.
Многие отечественные и зарубежные специалисты по питанию убеждены, что в третьем тысячелетии натуральные биологически активные добавки (БАД) будут признаны жизненно необходимыми компонентами пищи — нутриентами (2), поскольку все большее признание получает представление об организме как саморегулирующейся системе, способной самостоятельно восстанавливаться, обновляться и совершенствоваться за счет полноценного и сбалансированного питания.
Разработка эффективных БАД — сложнейшая задача, решение которой возможно только на стыке таких направлений, как экология, физиология, биохимия, микробиология, биотехнология, медицина, социология и др. При этом часто возникают серьезные проблемы поиска недорогого источника высококачественного сырья, которое содержало бы комплекс легкоусвояемых биологически активных веществ, необходимых для оптимальной корректировки питания.
Мы полагаем, что источниками сырья для изготовления многокомпонентных легкоусвояемых пищевых БАД должны быть сложившиеся эволюционным путем естественные экологические системы, в которых протекающие метаболические процессы основаны на кооперативных взаимовыгодных формах взаимодействия многих видов организмов. К таким системам относится, в частности, рубец (преджелудок) жвачных животных — уникальная экологическая система, в которой на основе симбиоза и молекулярной целесообразности происходят сложные и разнообразные метаболические процессы с участием частиц растительного корма, микробиоты и организма  животного-хозяина.
Рубец представляет собой большую бродильную камеру — например, у овец его объем составляет 4-10 л. В рубцовой жидкости обитает более 200 видов бактерий и простейших (инфузорий), проявляющих целлюлозолитическую, амилолитическую, пектинолитическую, лактогенную и лактолитическую, а также метаногенную активность. Состав рациона существенно влияет на ферментативную активность содержимого рубца (4). Все симбионтные бактерии — анаэробы. Нормальная жизнедеятельность рубцовой микрофлоры обусловлена постоянством среды обитания в экологической системе рубца за счет следующих факторов: частое поглощение корма и задержка его в рубце до 7-8 сут обеспечивает регулярное поступление субстратов; растворимые продукты жизнедеятельности микроорганизмов легко всасываются в кровь или переводятся в другие отделы желудка, не накапливаясь в рубце; температура в рубце поддерживается в пределах 38-42 °С; слюна жвачных богата бикарбонатом, за счет нее в основном поддерживается объем жидкой фазы, постоянство рН и ионного состава. За сутки в рубец поступает около 300 г NаНСО3. Важную роль в жизнедеятельности симбионтной микрофлоры играют также мочевина и аскорбиновая кислота, содержащиеся здесь в значительном количестве. В зависимости от вида корма в процессе переваривания в рубце образуются различные газы (за сутки — до 1000 л): диоксид углерода (до 70 %), метан (до 50 %), азот, ацетон, летучие жирные кислоты (ЛЖК), небольшое количество водорода, сероводорода и кислорода. Наибольшее газообразование происходит при поедании зеленых бобовых растений.
Рубец можно сравнить с высокоэффективной системой непрерывного культивирования анаэробных микроорганизмов высокотехнологичного ферментативного производства. В нем протекают взаимосвязанные катаболические и анаболические процессы.
Как известно, одной из важнейших функций микрофлоры в преджелудках является переваривание углеводов. С растительными кормами  жвачные потребляют большее количество целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина, пектина, крахмала и других полисахаридов, которые трудно усваиваются в организме человека. Практически все растительные углеводы перевариваются в рубце травоядных под действием микробных ферментов (5). Главные конечные продукты ферментации — ЛЖК (ацетат, пропионат, бутират), а также метан, этанол, вода и АТФ.
Все компоненты микрофлоры рубца обладают протеолитической активностью. Начальный этап переваривания труднодоступных растительных белков — их расщепление под действием протеолитических ферментов микроорганизмов до пептидов, аминокислот, а затем до аммиака. О микробиальном синтезе белка в рубце из простых азотистых веществ — продуктов распада или белков растительного корма, а также небелковых источников азота известно давно. По данным Н.В. Курилова и А.П. Коротковой (6), в зависимости от состава рациона в рубце у овец может синтезироваться в сутки до 100 г, у коров — до 700 г легкоусвояемого бактериального белка. Как свидетельствуют данные исследований, аминокислотный состав растительных белков в рубце овец в результате процессов ферментации и микробной деятельности в значительной мере обогащается (7, 8).
Метаболизм липидов в рубце жвачных включает липолиз, липосинтез, редуктивную модификацию и биогидрогенизацию ненасыщенных жирных кислот, биогидрогенизацию стеролов и ряда других ненасыщенных соединений (9, 10) под действием систем эндогенного, микробного и корпускулярного пищеварения с участием множества ферментов.
Под влиянием микрофлоры рубца синтезируются витамины: рибофлавин, тиамин, никотиновая, фолиевая и пантотеновая кислоты, биотин, пиридоксин, витамин В12, то есть практически все витамины группы В, а также витамин К в количествах, достаточных для удовлетворения потребностей организма животных (5, 11, 12).
Исследования биологической ценности содержимого рубца выявили большое количество ЛЖК (уксусной, пропионовой, масляной, валериановой, капроновой, муравьиной, янтарной), липидов, микробиального белка с уникальным составом аминокислот, витаминов, флавоноидов, микроэлементов и многих жизненно важных энзимов (13), а также высокое содержание витаминных коферментов, без которых невозможно расщепление белков, жиров, углеводов, то есть нормальное течение обменных процессов.
Познание закономерностей многообразных функций системы рубца, химических и биологических свойств накапливаемых в его содержимом метаболитов — один из главных принципов оценки биологической уникальности этого органа. Мы предлагаем использовать содержимое рубца травоядных (отход при убое животных на мясо) для производства легкоусвояемых многокомпонентных пищевых и кормовых биологически активных добавок адаптогенного и антиоксидантного действия. На основе глубокой переработки водорастворимой и жирорастворимой фракций содержимого рубца овец карачаевской породы, которые выращиваются в условиях экологически чистых альпийских и субальпийских лугов Карачаево-Черкесской Республики, богатых луговыми низкотравными растениями, содержащими биофлавоноиды, разрабатывается серия биологически активных субстанций — адаптогенов с высокой антиоксидантной активностью под торговой маркой «Барометс».
Принципиально важное условие этой биотехнологии заключается в том, что получение биологически активных субстанций из нативного содержимого рубца осуществляется без применения химических ингредиентов, исключительно физико-механическим способом, позволяющим максимально сохранить физиологические свойства метаболитов, накапливаемых живой системой природного биореактора (14). Очевидно, что количественный и качественный состав биологически активных веществ содержимого рубца зависит от множества факторов: вида и породных особенностей животных, условий содержания, состава рациона и др., поэтому при организации серийного производства БАД из содержимого рубца жвачных  особую актуальность приобретает стандартизация конечной продукции.
В настоящее время разработана, стандартизирована и официально зарегистрирована первая биологически активная добавка к пище из серии «Барометс», которая рекомендована НИИ питания РАМН в качестве общеукрепляющего средства, дополнительного источника биофлавоноидов и витамина В6 (Свидетельство государственной регистрации 77.99.23.3.У.5839.7.06 от 03.07.2006).
Биофлавоноиды относятся к природным веществам с флавоновым ядром и представляют собой производные фенилаланина и малоната. Описано почти 4500 биофлавоноидов. Они не синтезируются в организме человека и в естественных условиях поступают с растительными продуктами. Наиболее известные из них — рутин, кверцетин, гесперидин, пикногенол, генистеин, лютеолин, амигенин. По разнообразию выявленных физиологических эффектов биофлавоноиды в настоящее время занимают одно из первых мест. Их называют «натуральными биологическими иммуномодификаторами» из-за способности изменять реакцию организма на аллергены, вирусы и канцерогены. Кроме того, биофлавоноиды — сильные антиоксиданты, обеспечивающие защиту от окисления и повреждения свободными радикалами. Биофлавоноиды характеризуются более широким спектром антиоксидантного действия по сравнению с витаминами С и Е, селеном и цинком.
Разные биофлавоноиды проявляют неодинаковый эффект. При поступлении в организм в физиологических концентрациях они (в зависимости от происхождения и химической структуры) оказывают антитромботическое, мягкое кардиотоническое, антимикробное действие, поддерживают тонус капилляров, оказывают успокаивающее, стимулирующее, общеукрепляющее, спазмолитическое действие; повышают устойчивость к инфекционным заболеваниям, служат мощными адаптогенами. Биофлавоноиды являются синергистами витамина С: совместно с аскорбиновой кислотой они участвуют в окислительно-восстановительных процессах, улучшают внутритканевое дыхание, тормозят действие гиалуронидазы. По мнению известных ученых (15), применение биофлавоноидов как антиоксидантов так называемого первого семейства должно войти в обычную практику лечения рака, сердечно-сосудистых и воспалительных заболеваний.
Витамин В6 (пиридоксин) включает группу трех природных производных пиридина, обладающих одинаковой витаминной активностью: пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин. Коферментные функции выполняют два фосфорилированных производных пиридоксина — пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат. Витамин В6 характеризуется исключительно широким спектром биологического действия. Он принимает участие в регуляции белкового, углеводного и липидного обмена, биосинтезе гемма и биогенных аминов, гормонов щитовидной железы и многих других соединений. Наиболее важная функция витамина В6 — участие в обмене аминокислот, необходимых для синтеза белковых структур организма. Пиридоксин быстро нейтрализует гомоцистеин — аминокислоту, увеличение содержания которой свидетельствует о повышенном риске развития инфаркта и инсульта (K. Rogers, C. Mohan, 1994), оказывает существенное влияние на обмен жирных кислот, участвует в синтезе нейромедиаторов, необходим для выработки простагландинов — гормоноподобных веществ, выполняющих в организме множество функций (нарушение баланса простагландинов может привести к повреждению тканей, воспалению, шизофрении, раку).
Витамин В6 особенно важен для обеспечения естественной защиты организма от болезнетворных вирусов и бактерий в пожилом возрасте (K. Robinson e.a., 1995): при его дефиците ухудшается один из основных показателей иммунного статуса — число Т-клеток. Пиридоксин крайне необходим для женского организма, так как играет важную роль в поддержании гормонального баланса половых органов, способствует избавлению от депрессии, возникшей в качестве побочного эффекта от приема оральных контрацептивов (L. Chasen-Taber e.a., 1996).
Исследования последних лет показывают, что для профилактических целей практически здоровым взрослым людям необходимо увеличить суточную норму витамина В6 — с установленной 2-2,5 до 50 мг (15).
Как свидетельствуют результаты наших экспериментов, в содержимом рубца овец карачаевской породы, рацион которых составляет разнотравье субальпийских и альпийских лугов, находится в 10 раз больше витамина В6, чем в его традиционных источниках — дрожжах, черном хлебе, мясе, бобовых, орехах. Биологическая усвояемость витаминов содержимого рубца значительно выше растительных, которые находятся в связанной форме и всасываются в кишечнике человека почти в 2 раза хуже.
Таким образом, разработана биологически активная добавка (БАД) Барометс, при производстве которой в качестве сырья используется содержимое рубца жвачных животных (отходы мясоперерабатывающей промышленности) как уникального природного источника широкого спектра биологически активных веществ. Добавка представляет собой сбалансированный комплекс биофлавоноидов и витамина В6. В настоящее время проходят ее клинические испытания и определяются оптимальные дозировки. Результаты исследований позволяют нам рекомендовать апробацию препарата на всех видах животных с целью повышения естественной резистентности. Разработка удостоена золотых медалей IV Московского международного салона инноваций и инвестиций (2004) и ХII Международной выставки-когресса «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (Санкт-Петербург, 2007).

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Т у т е л ь я н  В.А.,  С п и р и ч е в  В.Б.,  Ш а т н ю к  Л.Н Коррекция микронутриентного дефицита — важнейший аспект концепции здорового питания населения России. Вопр. питания, 1999, 1: 3-11.
2. П и л а т  Т.П.,  И в а н о в  И.И. Биологически активные добавки к пище (теория, производство, применение). М., 2002.
3. W a n g  W.,  G o n z a l e z  d e M e j i a  E.  A new frontier in soy bioactive peptides that may prevent age-related chronic diseases. GRESES, 2005, 4: 63-78.
4. M a r t i n e z  A u g u s t i o n  O.,  M a r t i n e z  d e  V i c t o r i a  M u n o z  E. Proteins and peptides in enteral nutrition. Nutr. Hosp., 2006, 21(2): 1-13.
5. К у и м о в  Д.К.,  М и х а й л е н к о  В.К.,  Л а р с к а я  Л.В. и др. Работа желудочно-кишечного тракта у овец и переваримость питательных веществ гранул, обогащенных витаминами. Тр. ВНИИОК, 1978, 40(2): 158-175.
6. К у р и л о в  Н.В., К о р о т к о в а  А.П. Физиология и биохимия пищеварения жвачных. М., 1971.
7. П и в н я к  И.Г.,  Т а р а к а н о в  Б.В. Микробиология пищеварения жвачных. М., 1982.
8. Е р м о л о в а  Л.С.,  Б а т ч а е в  Р.И.,  З о л о т у х и н  Т.Ф. Биологически активная добавка «Барометс» — мультиметаболический адаптоген. Вестн. РАСХН, 2007, 4: 62-64.
9. А л и е в  А. А. Липидный обмен и продуктивность жвачных животных. М., 1980.
10. Е р м о л о в а  Л.С. Метаболизм липидов в рубце и продуктивность тонкорунных овец при содержании на рационе из гранулированных кормов, обогащенных витамином А. В сб.: Тез. 11-го Междунар. симп. по физиологии пищеварения жвачных и их продуктивности. Стара Загора, Болгария, 1982: 34.
11. В а л ь д м а н  А.Р.  Витаминные ресурсы и их использование. М., 1954: 149-154.
12. Г о г о л а д з е  Д.Г. Микроорганизмы желудочно-кишечного тракта овец, синтезирующие витамины В6 и В2. Автореф. канд. дис. Боровск, 1968.
13. А л и е в  А. А. Обмен веществ у жвачных животных. М., 1997.
14. Е р м о л о в а  Л.С.,  Е р м о л о в  И.А.,  З о л о т у х и н  Т.Ф. Патент РФ на изобретение ¹ 2270584 «Способ производства биологически активной добавки». Бюл., 2006, 6(2): 496.
15. А т к и н с  Р.С. Биодобавки: природная альтернатива лекарствам. Минск, 2004.

CONTENT OF RUMEN IN HERBIVOROUS ANIMALS AS PROMISING SOURCE OF BIOLOGICALLY ACTIVE ADDITION FOR FUNCTIONAL NUTRITION

L.S. Ermolova, I.A. Ermolov, R.I. Batchaev, T.F. Zolotukhin,
I.V. Makarenko, M.E. Vlasov

S u m m a r y

The authors discuss the scientifically founded arguments for the use of waste of meat-processing sphere — the content of rumen of ruminant animals as unique natural source of biologically active substances of broad spectrum for production of developed by them of biologically active addition.